DE3689243T2 - Bilderzeugungssystem mittels Röntgenstrahlen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Bilderzeugungssystem mittels Röntgenstrahlen, das eine Röntgenbildaufnahme eines Objektes zu einer gewünschten Zeit ermöglicht, während Röntgenuntersuchungen an dem Objekt durchgeführt werden.
• Zur röntgenologischen Untersuchung des Magen-Darm-Trakts wird einer zu untersuchenden Person üblicherweise eine Dosis eines Kontrastmittels oral verabreicht und ein Bereich oder ein Teil von Interesse fluoroskopisch auf einem Fernsehbildschirm beobachtet, wobei in dem Moment, in dem der Bereich eine Position einnimmt und/oder einen für die Untersuchung beabsichtigten Zustand annimmt, eine Hochgeschwindigkeitsbelichtung auf einen Silberhalogenid-Film durchgeführt wird, der zur Herstellung einer zur Diagnose zu verwendenden Abbildung des Bereichs entwickelt wird. Beim herkömmlichen Verfahren der Aufnahme von Röntgenbildern bei einer hohen Verschlußgeschwindigkeit unter Verwendung eines Silberhalogenid-Films gestaltet sich die Belichtung exakt zu dem Zeitpunkt, an dem ein für die Diagnose verwendbares Bild aufgenommen werden sollte, extrem schwierig und erfordert große Geschicklichkeit, da eine Zeitverzögerung von etwa 1 (einer) Sekunde besteht zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Anweisungen zum Aufnehmen eines Bilds gegeben werden und dem Zeitpunkt, an dem die Belichtung tatsächlich erfolgt. Die Zeitverschiebung ist hauptsächlich verursacht durch:
• (a) die Zeit, die zum Transport eines Films durch mechanische Einrichtungen zu einer Stelle, an der die Belichtung erfolgen soll, benötigt wird.
• (b) die Zeit, die zur Temperaturerhöhung von der Temperatur des Heizfadens der Röntgenröhre, die dieser besitzt, wenn das röntgenologische Bild eines Objektes-mit einer relativ geringen Röntgenstrahlungs-Intensität beobachtet wird, auf die Temperatur, die der Heizfaden der Röntgenröhre besitzt, wenn ein Bild mit einer höheren Röntgenstrahlungs-Intensität aufgezeichnet werden soll, benötigt wird, und
• (c) die Zeit, die zur Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Antikathode in der Röntgenröhre, die man zur Vermeidung einer Überhitzung des Brennpunkts rotieren läßt, von einer niedrigen Drehzahl zur röntgenologischen Beobachtung des Objekts zu einer höheren zum Photographieren desselben, benötigt wird.
• US-A-3 745 245 offenbart ein Bilderzeugungssystem mittels Röntgenstrahlen mit einer Röntgenröhre zum Erzeugen eines Röntgenstrahls, um ein zu untersuchendes Objekt zu bestrahlen; einer Hochspannungsquelle zur Spannungsversorgung der Röntgenröhre; einem Bildverstärker zum Erzeugen eines Röntgenbildes des bestrahlten Objektes; einer Fernsehkamera zum Umwandeln des Röntgenbildes in ein entsprechendes Videosignal; einen Fernsehmonitor zum Empfang des Videosignals, um das Röntgenbild als mit dem Auge zu beobachtendes sichtbares Bild zu reproduzieren; einen Bildspeicher zum Speichern des Videosignals; eine Schalteinrichtung zum selektiven Anlegen des Videosignals an den Fernsehmonitor und den Bildspeicher. Das System kann in einer ersten Betriebsart betrieben werden, bei der eine pulsförmige Spannung synchron zu der vertikalen Abtastung in der Fernsehkamera innerhalb der vertikalen Austastung an die Röntgenröhre angelegt wird. Nach jeder Belichtung wird ein Feld im Bildspeicher gespeichert. Das System kann auf eine zweite Betriebsart umgeschaltet werden, bei der die Belichtung unterbrochen und das letzte, während vorangehendem Betrieb in der ersten Betriebsart im Bildspeicher gespeicherte Bild fortwährend auf dem Fernsehmonitor dargestellt wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Zeitverhalten zur Ausführung einer Belichtung in der Röntgenographie durch Beseitigen der obenstehend erwähnten Ursachen für die Zeitverzögerung zu erzielen.
• Von den obigen drei Ursachen (a), (b) und (c) kann Ursache (a) durch den Einsatz eines Video-Aufzeichnungssystems zum Auf zeichnen der Videosignale eines Röntgenbilds als Bilddaten beseitigt werden, und Ursache (c) kann dadurch abgeholfen werden, daß die Antikathode der Röntgenröhre ständig mit derselben hohen Geschwindigkeit, bei der ein Röntgenbild tatsächlich aufgenommen wird, in Rotation gehalten wird. Aus diesem Grunde ist die vorliegende Erfindung hauptsächlich auf die Beseitigung der Ursache (b) gerichtet.
• Ein erfindungsgemäßes Bilderzeugungssystem mittels Röntgenstrahlen ist durch die beigefügten Patentansprüche gekennzeichnet.
• In Übereinstimmung mit der Erfindung wird der Heizdrahtstrom der Röntgenröhre immer auf demselben Niveau, bei dem ein Bild aufgenommen wird, belassen, die Röhrenspannung wird in Form von Pulsen synchron zu der vertikalen Austastperiode der Fernsehkamera angelegt, und die Pulsbreite der Röhrenspannung wird variiert in Abhängigkeit davon, ob ein Bild eines untersuchten Objektes aufgezeichnet oder das Objekt mit dem Auge röntgenologisch betrachtet wird.
• Gemäß der Erfindung wird die Verzögerung, die andernfalls durch die für die Erhöhung der Temperatur des Heizfadens der Röntgenröhre erforderliche Zeit verursacht würde, beseitigt, da zur röntgenologischen Betrachtung der Heizdrahtstrom der Röntgenröhre auf dem selben Niveau belassen wird, bei dem ein Röntgenbild aufgezeichnet wird. Andererseits wird die pro Zeiteinheit abgegebene Röntgenstrahlenmenge durch die Änderung der Pulsweite der Röhrenspannung geregelt, so daß die unter röntgenologischer Beobachtung stehende Person eine kleine Strahlendosis aufnimmt, und dennoch bei der Aufnahme eines Röntgenbilds die zur Erzeugung eines Bilds hoher Qualität erforderliche Röntgenstrahlenmenge erzielbar ist.
• Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt ein Kurvendiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs des in Fig. 1 gezeigten Systems in röntgenologischer Betriebsart.
• Fig. 3 zeigt ein Kurvendiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs des Systems in röntgenographischer Betriebsart.
• Fig. 1 zeigt schematisch eine Röntgenröhre 11, von der ein Röntgenstrahl auf einen untersuchten menschlichen Körper 12 ausgeht. Während der Strahl durch den Körper hindurchtritt, wird ein Röntgenbild des bestrahlten Körperbereichs in Übereinstimmung mit der Röntgenstrahlen-Absorptionscharakteristik des Körperbereichs gebildet. Ein Bildverstärker 13 empfängt das Röntgenbild und wandelt es in ein sichtbares optisches Bild um, welches, gesteuert durch eine Kamerasteuereinheit 15, durch eine auf dieselbe Weise wie in einem herkömmlichen Fernsehübertragungssystem arbeitende Fernsehkamera-Röhre 14 betrachtet wird. Die Fernsehkamera- Röhre 14 wandelt das optische Bild auf dem Schirm des Bildverstärkers 13 in ein entsprechendes Videosignal, welches an einen A/D-Wandler 16 übertragen wird.
• Wenn das Röntgenstrahlenbild des Körpers durch den Beobachter röntgenologisch betrachtet werden soll, wird ein Kontakt a eines Schalters SW geschlossen, so daß das digitalisierte Ausgangssignal aus dem A/D-Wandler 16 über ein rekursives Filter 17 an den D/A-Wandler 18 angelegt werden, in dem das digitale Signal wieder in das originale analoge Videosignal umgeformt wird. Ein zur röntgenologischen Beobachtung synchron zur Fernsehkamera 14 arbeitender Fernsehmonitor 19 empfängt das analoge Videosignal, um auf seinem Bildschirm das Röntgenbild zur Betrachtung mit dem Auge als sichtbares Bild darzustellen.
• Wenn der Bediener einen geeigneten Zeitpunkt zum Umschalten des Schalters SW auf den gegenüberliegenden Kontakt b wählt, wird das einem Vollbild des Röntgenbilds entsprechende digitale Videosignal aus dem A/D-Wandler 16 an den Bildspeicher 20 zur dortigen Speicherung angelegt. Die gespeicherten Daten entsprechen der optischen Abbildung, die auf einem belichteten Silberhalogenid-Film gespeichert werden würde. Bei dem in Fig. 1 gezeigten System besteht jedoch keine Notwendigkeit, eine Einrichtung zur Entwicklung belichteter Filme vorzusehen, sondern eine Betrachtung des Röntgenbilds ist durch einfaches Anschließen eines Bildschirms an den Bildspeicher jederzeit möglich. Im erläuterten Ausführungsbeispiel bilden eine Kontrastverstärkungsschaltung 21, ein D/A-Wandler 22 und ein Fernsehmonitor 23 für die Röntgenographie eine bildwiedergebende Einrichtung. Mit dieser Anordnung kann die Aufzeichnung eines Röntgenbildes mit der maximalen Zeitverzögerung von 1/60 Sekunde, nachdem der Bediener die Schalterstellung des Schalters SW geändert hat, begonnen werden, so daß die vorhergehend erwähnte Zeitverzögerung aufgrund von Ursache (a) vollständig beseitigt werden kann.
• Eines der wichtigen Merkmale der Erfindung liegt in der Art und Weise, wie die Röhrenspannung der Röntgenröhre 11 gesteuert wird. Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 2 wird dort unter A das vertikale Austastsignal der Fernsehkamera mit einer Periodendauer von etwa 16,6 ms und einer Pulsbreite von 1,2 ms gezeigt, da das erläuterte System der Erfindung ein Zeilensprungverfahren verwendet, bei dem zwei Halbbilder ein Vollbild eines Bildes bilden mit einer Bildfolgefrequenz von 30 pro Sekunde wie beim herkömmlichen Fernsehübertragungssystem. Fig. 2 zeigt ebenfalls ein während röntgenologischer Beobachtung erzeugtes Röntgenstrahlen-Aussendesignal B. Das Signal B steigt zeitgleich mit dem vertikalen Austastsignal A an und besitzt eine geringere Pulsbreite als das letztere. Für einen Bruchteil einer der Pulsbreite des Signals B entsprechenden Zeit wird der Röntgenstrahlen aussendenden Röntgenröhre eine Hochspannung eingeprägt. Wie vorstehend erwähnt wird, während röntgenologischer Beobachtung, der Heizdrahtstrom der Röntgenröhre auf demselben Niveau wie beim Röntgenographieren belassen, so daß bei röntgenologischer Beobachtung die Röntgenintensität während des Auftretens des Röntgenstrahlen-Aussendesignals B auf demselben Niveau wie bei der Aufnahme eines Röntgenbildes ist. Die vom Patienten aufgenommene Strahlendosis wird jedoch unterhalb des maximal zulässigen Niveaus gehalten.
• Fig. 3 zeigt unter A das vertikale Synchronisationssignal der Fernsehkamera und unter C das vertikale Austastsignal (welches gleich dem Signal A aus Fig. 2 ist) der Fernsehkamera. Fig. 3 zeigt ebenfalls ein Betriebssignal B, welches bei einer Zeit t&sub1; ansteigt, bei der der Bediener den Kontakt b des Schalters SW aus Fig. 1 für die röntgenographische Betriebsart geschlossen hat. Eine System-Steuereinrichtung 24 in Fig. 1 erfaßt das Schließen des Kontakts b des Schalters SW, woraufhin die Steuereinrichtung das Fortbestehen des vertikalen Austastsignals für die Zeitdauer eines Vollbilds (oder zwei Halbbildern) ab dem zuerst nach der Zeit t&sub1; auftretenden vertikalen Synchronisationssignal α veranlaßt, so daß während dieser Zeitdauer der Abtaststrahl am Abtasten der bildempfangenden Oberfläche der Kameraröhre 14 gehindert wird, mit resultierender Aufsummierung des photoelektrischen Stroms an jedem Pixel der bildempfangenden Oberfläche.
• Das in Fig. 2 als B dargestellte Röntgenstrahlen-Aussendesignal wird unter D in Fig. 3 gezeigt. Das Signal D ist bis zum Zeitpunkt t&sub1; gleich dem Signal B. Beginnend mit der Erzeugung des vertikalen Synchronisationssignals α jedoch wird das Signal D für eine geeignete Zeitdauer fortgesetzt, nach der das Signal D bis zum Ablauf der Dauer zweier Vollbilder (oder vier Halbbilder) ab dem vertikalen Synchronisationssignal α nicht erzeugt wird, und bei Beginn des fünften Halbbilds ab dem Signal α wird das Signal D mit seiner ursprünglichen Kurvenform zur Durchführung röntgenologischer Beobachtung des Röntgenbilds mit dem Auge wieder hergestellt.
• Somit wird die Fernsehkamera-Röhre 14 in der unter E in Fig. 3 gezeigten Art und Weise abgetastet. Insbesondere wird übliches Zeilensprungverfahren, bei dem zwei Halbbilder ein Vollbild bilden, mit der Bildfolgefrequenz 30 pro Sekunde durchgeführt, bis das Synchronisationssignal α erzeugt wird, woraufhin das vertikale Austastsignal C für eine Zeitdauer von zwei Halbbildern ab dem Signal α andauert, um auf diese Weise während der Zeitdauer die Erzeugung von Videosignalen zu verhindern, wonach aus später zu beschreibenden Gründen eine Zeile-für-Zeile-Abtastung auf der Fernsehkamera-Röhre einmalig für die Zeitdauer der nächsten zwei Halbbilder durchgeführt und das durch die Zeile-für- Zeile-Abtastung gewonnene Videobild im in Fig. 1 gezeigten Bildspeicher 20 gespeichert wird. Die im Bildspeicher 20 gespeicherten Videodaten können über die Kontrastverstärkerschaltung 21 und den D/A-Wandler 22 als sichtbares Bild auf dem Fernsehmonitor 23 zur Anzeige gebracht werden, welches mittels einer (nicht gezeigten) geeigneten Kamera fotografiert werden kann.
• Wenn das Synchronisationssignal β auftritt, wird das normale Zeilensprungverfahren wieder aufgenommen, und der Kontakt a des Schalters SW wird bei einem Zeitpunkt t&sub2; geschlossen, woraufhin das Röntgenbild wieder auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors 19 erscheint.
• Der obenstehend beschriebene Betriebsablauf wird durch eine System-Steuereinrichtung 24 gesteuert. Das durch die System-Steuereinrichtung 24 erzeugte Röntgenstrahlen-Aussendesignal (in Fig. 2 als B und in Fig. 3 als D gezeigt) wird zur Steuerung der an die Röntgenröhre 11 angelegten Hochspannung über eine Anpassungsschaltung 26 an eine Hochspannungsquelle 25 gelegt.
• Wie vorstehend erwähnt, wird in der röntgenographischen Betriebsart des Systems für ein Vollbild des Röntgenbilds nicht das Zeilensprungverfahren, sondern eine Zeile-für- Zeile-Abtastung durchgeführt, um Videosignale zur Speicherung im Bildspeicher 20 zur nachfolgenden Aufnahme zu erhalten. Die Begründung ist wie nachstehend: Wenn das Zeilensprungverfahren über zwei aufeinanderfolgend abgetastete Halbbilder eines Vollbilds durchgeführt werden würde, würde allgemein das durch abtasten des zweiten Halbbilds erhaltene Videosignal als Ganzes gesehen beträchtlich abgeschwächt werden im Vergleich zu dem durch abtasten des ersten Halbbilds erhaltenen Signal, so daß das resultierende Bild eine sehr geringe Qualität mit variierender Bildhelligkeit aufalternierenden Abtastzeilen aufweisen würde. Dies liegt in den folgenden Ursachen begründet. Normalerweise speichert die Fernsehkamera-Röhre jedes Halbbild eines Vollbilds. Im röntgenographischen Modus jedoch wird die Röntgenstrahlenabgabe für eine bestimmte Zeitdauer - fortgesetzt, während der die Fernsehkamera-Röhre 14 das gesamte Vollbild auf einmal speichert, ohne das Vollbild in zwei getrennt und aufeinanderfolgend zu speichernde Halbbilder aufzuteilen. Wenn deshalb das einzelne Vollbild zweimal mittels Zeilensprungverfahren abgetastet werden würde, würde eine bestimmte Menge der gespeicherten Ladung zwischen zwei benachbarten, vorhergehend im ersten Abtastdurchlauf abgetasteten Zeilen aufgrund der den Bildschirm der Fernsehkamera-Röhre beaufschlagenden Fläche des Abtaststrahlpunkts verlorengegangen sein. Würde der Bereich des Bildschirms mit der verringerten Ladung in der nachfolgenden Abtastung abgetastet werden, würde das resultierende zweite Halbbild eine geringere Qualität als das erste aufweisen mit daraus resultierender Verschlechterung der Qualität des aus den zwei Halbbildern zusammengesetzten Vollbilds. Dies wird durch die bei dem erfindungsgemäßen System durchgeführte einmalige Abtastung vermieden.
• Wie oben im einzelnen beschrieben, kann in dem Moment, in dem das erfindungsgemäße System von der Beobachtungsbetriebsart in die röntgenographische Betriebsart umgeschaltet wurde, das Aufnehmen einer Röntgenaufnahme ohne Verzögerung begonnen werden. Der Bediener braucht nicht besonders erfahren oder Fachmann zu sein, sondern kann ein gutes Röntgenbild des Gegenstands zu einem erforderlichen Zeitpunkt aufnehmen.

Claims (3)

1. Bilderzeugungssystem mittels Röntgenstrahlen mit

einer Röntgenröhre (11) zum Erzeugen eines Röntgenstrahls, um ein zu untersuchendes Objekt (12) zu bestrahlen,

einer Hochspannungsquelle (25) zum Erregen der Röntgenröhre (11),

einem Bildverstärker (13) zum Erzeugen eines Röntgenbilds des bestrahlten Objekts (12),

einer Fernsehkamera (14) zum Umwandeln des Röntgenbilds in ein entsprechendes Videosignal,

einem Fernsehmonitor (19) zum Empfang des Videosignals, um das Röntgenbild als sichtbares, mit dem Auge zu beobachtendes Bild zu reproduzieren,

einem Bildspeicher (20) zum-Speichern des Videosignals,

einer Schalteinrichtung (SW) zum selektiven Anlegen des Videosignals an den Fernsehmonitor (19) und den Bildspeicher (20), und

einer System-Steuereinrichtung (24), betreibbar in einer ersten Betriebsart (a), in der die Schalteinrichtung (SW) das Videosignal an den Fernsehmonitor (19) überträgt, und alternativ in einer zweiten Betriebsart (b), in der die Schalteinrichtung (SW) das Videosignal an den Bildspeicher (20) überträgt,

wobei die Steuereinrichtung (24) in der ersten Betriebsart (a) arbeitet, um der Röntgenröhre (11) eine impulsförmige Spannung synchron zur vertikalen Abtastung in der Fernsehkamera (14) während der Zeitdauer der vertikalen Austastung einzuprägen, und alternativ in der zweiten Betriebsart (b), um die Abtastung der Fernsehkamera (14) für eine erste vorbestimmte Zeitdauer zu unterbrechen, die vertikale Austastperiode für dieselbe Zeit fortzusetzen, und fortlaufend gleichzeitig für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer innerhalb der ersten vorbestimmten Zeitdauer der Röntgenröhre (11) eine vorbestimmte Röhrenspannung einzuprägen, wobei mit Ablauf der ersten vorbestimmten Zeitdauer die Fernsehkamera (14) während eines Vollbilds abgetastet wird, um ein im Bildspeicher (20) zu speicherndes Videosignal zu erhalten,

die Steuereinrichtung (24) erfaßt, ob die Schalteinrichtung (SW) die erste Betriebsart (a) oder die zweite Betriebsart (b) auswählt, um ein entsprechendes Erfassungssignal zu erzeugen, mittels dem die Hochspannungsquelle (25) gesteuert wird,

die System-Steuereinrichtung (24) den Heizdrahtstrom der Röntgenröhre (11) in beiden Betriebsarten (a, b) auf demselben konstanten Niveau beläßt, und

die Abtastung der Fernsehkamera (14) für ein Vollbild durch Zeile-für-Zeile-Abtastung durchgeführt wird.

2. Bilderzeugungssystem mittels Röntgenstrahlen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kontrastverstärkungsschaltung (21), die dem Bildspeicher (20) nachgeschaltet ist.

3. Bilderzeugungssystem mittels Röntgenstrahlen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Betriebsart die vertikale Austastperiode der doppelte vertikale Abtastzyklus ist.